江蘇5.24源網(wǎng)荷實切演練案例分析

孫大雁　孫玉瑋　王偉　洪亮

摘要：隨著特高電網(wǎng)的建設，江蘇逐步進入大受端電網(wǎng)時代。由于特高壓傳輸?shù)墓β示薮螅由祥L距離特高壓的輸送增加故障的概率，一旦出現(xiàn)雙極閉鎖的事故，江蘇電網(wǎng)乃至華東電網(wǎng)將面臨大額的功率缺失，很可能導致大面積的停電事故。為此，2016年起國家電網(wǎng)主導率先在江蘇建設“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)”來應對這一風險。該系統(tǒng)其將零散分散、不可控的海量可中斷用電負荷集中起來進行精準實時控制，從而在實現(xiàn)調(diào)控電廠發(fā)電的同時，也能精準快速地調(diào)控用戶用電。為了進一步驗證系統(tǒng)的有效性、正確性和可靠性，在國調(diào)中心的統(tǒng)一組織下，2017年5月24日14時05分進行了江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)精確切負荷控制系統(tǒng)的實切演練驗證，本文就此次演練從技術(shù)層面和數(shù)據(jù)層面進行較詳細的分析。

關鍵詞：特高壓電網(wǎng)；源網(wǎng)荷；負荷快切

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）08-0221-02

1引言

近幾年，國家電網(wǎng)公司積極響應國家能源變革的號召，全力構(gòu)建以特高壓為骨干網(wǎng)架，以智能電網(wǎng)為基礎，以輸送清潔能源為主導的全球能源互聯(lián)網(wǎng)，推進大型清潔能源的遠距離輸送，解決了外送通道不足，跨區(qū)送電困難的問題，清潔能源利用比例日益提高。到2020年，江蘇通過特高壓電網(wǎng)引入的區(qū)外來電大將超過3700萬千瓦，約占江蘇總負荷31%。江蘇全省新能源容量約2150萬千瓦，其中風電1000萬千瓦、光伏發(fā)電500萬千瓦。

隨著能源變革的深入推進，電網(wǎng)發(fā)展形態(tài)也在不斷發(fā)生變化，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行面臨新的挑戰(zhàn)。一方面，能源的大范圍配置給電網(wǎng)帶來系統(tǒng)性的風險，受端電網(wǎng)要求具備承受突然失去大容量區(qū)外來電的彈性承受力和恢復力，現(xiàn)有的區(qū)域電網(wǎng)的動態(tài)調(diào)節(jié)能力和備用容量難以滿足需求。另一方面，由于清潔能源的隨機性、波動性、間歇性的特性，增加了電網(wǎng)調(diào)控不確定，維持電網(wǎng)供需平衡難度加大，移峰填谷是亟待解決的問題。在此形勢下，為提升清潔能源消納而進行的遠距離、大容量電能輸送需要智能化、快速化的電網(wǎng)安全能力支持；未來，以可再生清潔能源為主的電能結(jié)構(gòu)需要常態(tài)化、大規(guī)模的電網(wǎng)互動能力支持。源、網(wǎng)、荷三者之間實現(xiàn)友好互動是電網(wǎng)發(fā)展的迫切需求。

大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)在這樣的背景需求下應運而生，2015年，國網(wǎng)江蘇省電力公司積極開展創(chuàng)新實踐，在全國首次開展了大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)的研究和建設。通過技術(shù)和機制的創(chuàng)新，構(gòu)建規(guī)模化隨需應變的虛擬發(fā)電資源，實現(xiàn)不同時間尺度的集中控制和快速響應，達到廣域分布的“源”、“網(wǎng)”、“荷”實時動態(tài)匹配，提升了電網(wǎng)應對突發(fā)嚴重故障和移峰填谷能力，使大面積停電預警和應急處置先期響應的時間從分鐘級縮短至毫秒級，顯著提高了電網(wǎng)的彈性。

2016年江蘇電力在全省建立了376萬千瓦的秒級精準切負荷能力，其中具備100萬千瓦的毫秒級精準切負荷能力，實施了344.75萬千瓦的需求響應。預計到2020年，系統(tǒng)將形成1200萬千瓦負荷精準控制能力。為了進一步驗證系統(tǒng)的有效性、正確性和可靠性，在國調(diào)中心的統(tǒng)一組織下，2017年5月24日14時05分進行了江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)精確切負荷控制系統(tǒng)的實切演練驗證。隨著演練總指揮的一聲令下，±800千伏錦蘇特高壓直流被人工閉鎖，江蘇電網(wǎng)瞬間缺少300萬千瓦電力供應。蘇州市六分之一區(qū)域存在全部停電或者更大面積停電的風險。源網(wǎng)荷系統(tǒng)即刻動作，按事先預案瞬間下發(fā)了一系列調(diào)控指令，直流調(diào)制、抽水蓄能和精準可切負荷都正確地進行了毫秒級響應。電網(wǎng)頻率短時內(nèi)跌落至49.79Hz，控制系統(tǒng)動作后，迅速恢復49.99Hz，重要輸電斷面潮流都在正常變化范圍中，沒有發(fā)生越界情況。本文將對整個過程進行全方位的論述，并從技術(shù)層面進行較詳細的數(shù)據(jù)分析。

2源網(wǎng)荷事件演變過程

整個事件包含了控制中心一系列的指令和直流調(diào)制、抽蓄切泵和負荷快切等一系列的響應動作，其中重要場景記錄如下：

1）事件發(fā)生0時刻，特高壓發(fā)生閉鎖，本地區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)大額的電能供需缺口；

2）87ms后，華東收到錦蘇雙極閉鎖信號，錦蘇線功率瞬間變?yōu)?，電網(wǎng)頻率開始下降；

3）117ms后，控制中心下發(fā)指令：瑯琊山抽蓄切泵減供、政平&楓涇直流調(diào)制增發(fā)、南橋&金華直流調(diào)制增發(fā)、桐柏抽蓄切泵減供；

4）141ms后，控制中心開始進行精準切負荷指令的下發(fā)：木瀆&玉山負荷控制子站Ⅰ類負荷快切、太倉Ⅰ類負荷控制子站快切、吳江Ⅰ類負荷控制子站快切；

5）212ms后，玉山負荷控制子站光纖用戶響應、太倉負荷控制子站用戶響應、木瀆負荷控制子站用戶響應、玉山負荷控制子站4G用戶響應；

6）221ms后，桐柏抽水蓄能電站切泵、瑯琊山抽水蓄能電站切泵；

7）236ms后，金華直流調(diào)制響應、政平直流調(diào)制響應、楓涇直流調(diào)制響應；

8）268ms后，控制中心下發(fā)第二批指令：天荒坪抽蓄切泵、宜興抽蓄切泵、響水&仙居抽蓄切泵、奉賢&紹興直流調(diào)制、半嶺抽蓄切泵、華新直流調(diào)制；

9）410ms后，宜興抽蓄響應、響水抽蓄響應、半嶺抽蓄響應、仙居抽蓄響應、南橋直流調(diào)制響應、華新&紹興直流調(diào)制響應、奉賢直流調(diào)制響應；

10）890ms后，天荒坪抽蓄響應；

11）電網(wǎng)頻率恢復正常；

12）電網(wǎng)二次調(diào)頻逐步發(fā)揮作用，被切負荷進入自主恢復階段，至事件發(fā)生15分鐘后，80%的用戶負荷已經(jīng)恢復。

3事件過程分析

整個實切演練經(jīng)過2個多月的精心準備，動用大量人力、物力，雖然取得了成功，但過程中暴露出來的不少問題，在此進一步深入細致的分析。

1）錦蘇特高壓直流被人工閉鎖后，江蘇電網(wǎng)瞬間缺少3000MW萬千瓦電力供應，蘇州市六分之一區(qū)域存在全部停電或者更大面積停電的風險，然而本次缺額的供給主要是依靠切除天荒坪等7座抽蓄電站共計約2025MW正在抽水的機組來彌補的。

2）本次演練中啟用了世界首套“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)”，及時調(diào)度“虛擬電廠”資源（切除了可中斷負荷25.5萬千瓦，用戶數(shù)233戶）；控制實際下發(fā)負荷切除量本是278MW，而實際切除量為255MW，除了有15條線路（虛擬發(fā)電機）因按原來的設定小于10KW下限沒有啟動外，另有33條線路因負控開關的拒動而未能實現(xiàn)有效減供（虛擬發(fā)電機未能投產(chǎn)發(fā)電），這也是目前虛擬電廠建設過程中最常見故障問題，是后期繁重的檢測檢修任務中的一部分。

3）這次參與快切的負荷（虛擬電廠）都是小功率不重要的照明、空調(diào)、輔助設備等非生產(chǎn)性負荷，在系統(tǒng)里屬于第一層級的負荷，它們的優(yōu)勢在于全天候隨時可以使用，但單機的功率很小，將其改造為虛擬電廠的效益成本很低，導致可熱備的虛擬電廠總發(fā)電量增長緩慢，難以滿足實際的需求。一種有效的解決辦法就是，將鋼鐵企業(yè)這種盡早全面納入到協(xié)議電廠名單中來，結(jié)合輪切等先進理論重復發(fā)揮這些時段性大功率虛擬發(fā)電廠的效能。

4）從系統(tǒng)響應性能看，無論的虛擬電廠，還是直流調(diào)制或是抽蓄電廠其指令響應能力基本都能滿足毫秒級的性能，但問題是整體上有些參差不齊，如抽蓄電站的響應速度有些有了數(shù)據(jù)級的差距，其主要延遲往往不是通道方面，更多是來自子站控制中心的延遲以及用戶端控制終端的延遲，因此這些環(huán)節(jié)軟件性能的優(yōu)化，尖峰負荷的控制都是需要進一步努力的方向。